第3章光纤祥解.ppt

第二章 光纤传输基本理论 光纤的结构光纤制造光纤传输理论光纤传输特性参数常用单模光纤光纤的非线性效应 3.1 光纤概述 3.1 光纤概述 3.1 光纤概述 3.1 光纤概述 1、光纤的结构 光纤（Optical Fiber）的基本结构一般是双层或多层的同心圆柱体，按照其结构从中心向外依次是纤芯、包层和涂覆层，纤芯的折射率高于包层的折射率。 光纤的结构演变 2.光纤材料 基础材料：高纯度SiO2 纤芯掺杂：二氧化锗，五氧化二磷 包层掺杂：三氧化二硼，氟 特种光纤纤芯掺杂材料：铒、镱、铥 3.光纤的制造工艺简介 光纤是由圆柱形预制棒拉制而成的， 因而光纤的生产工艺主要包括怎样制造圆柱形预制棒和拉丝工艺。 预制棒的制造方法 管内化学汽相沉积法（ MCVD ） 等离子体汽相沉积法(PCVD) 管外化学汽相沉积法（OVD） 管外轴向汽相氧化法（VAD) MCVD是目前使用最广泛的预制棒生产工艺 MCVD预制棒车床 管内化学汽相沉积法(MCVD法) MCVD法是目前制作高质量石英光纤比较稳定可靠的方法。其工艺流程可分为四步 第一步，送料：用超纯氧气作为载体，将SiCl4等原料和GeCl4等掺杂试剂送入旋转的石英反应管； 第二步，高温氧化生成粉尘状氧化物，用1400~16000C 的高温氢氧火焰加热石英反应管外壁，这时管内的原料和掺杂剂在高温下发生氧化还原反应，形成粉末状氧化物（SiO2-B2O3)。 分别形成包层和芯层材料。 第三步，往复运动氢氧焰加热，反应后的粉末状氧化物（SiO2-B2O3)经过往复移动的氢氧焰加热，形成透明的掺杂玻璃； 火焰移动一次，就沉积一层厚度约为8~10um的玻璃模层，没反应完的材料从反应管尾端排出。 第二与第三步是交叉进行。 先在反应管内壁沉积、再通过往复移动的氢氧焰加热使氧化物粉末变成透明的掺杂玻璃（SiO2-B2O3），即形成包层玻璃。 后在包层玻璃上沉积、再通过往复移动的氢氧焰加热使氧化物粉末变成透明的掺杂玻璃（SiO2-GeO3），即在包层上形成纤芯层玻璃 第四步，停料并高温软化 经过数小时的沉积后，石英反应管已沉积了相当厚度的玻璃层，初步形成玻璃棒体，只是中心还留下一个小孔。 这时停止供料，然后，提高火焰温度到1800摄氏度左右加热石英管外壁，导致反应管在高温下软化收缩，使中心孔封闭，形成实心棒，即光纤预制棒 完成四步后的光纤预制棒有三层： 中心为光纤芯层玻璃 紧接芯层的是沉积的包层 最外面一层的石英管壁玻璃，即光纤的保护层 MCVD工艺控制与监测 芯层中掺杂试剂的流量控制 芯层中掺杂试剂的氧气流量，需要精密的控制 如果是阶跃光纤，流量是恒定的 如果是渐变光纤，其掺杂试剂载运气体流量需由折射率分布特性而定 利用MCVD法制备光纤注意事项 选用最好的石英反应管; 精密测量与控制料温; 精密测量与控制反应温度; 精密测量与控制石英管转速; 精密测量与控制喷灯移动速度 MCVD特点 在石英反应管(也称衬底管、外包皮管)内沉积包层和芯层的玻璃 整个系统是处于封闭的超纯状态下 用这种方法制得的预制棒可以生产高质量的单模和多模光纤。 我国的光纤生产一般使用这种方法，利用MCVD法制备的多模光纤损耗可稳定在2~4dB/Km 单模光纤损耗可达到0.2~0.4dB/Km，且具有很好的重复性。 拉丝工艺：将预制棒制成符合标准的光纤的工艺，拉丝一般是在“拉丝塔”内完成 4.光纤的分类 光纤种类很多，这里只讨论作为信息传输波导用的由高纯度石英（SiO2）制成的光纤。 特种单模光纤 双包层光纤 色散平坦光纤（DispersionFlattened Fiber, DFF） 色散移位光纤（DispersionShifted Fiber, DSF） 三角芯光纤 椭圆芯光纤 双折射光纤或偏振保持光纤。 主要用途： 突变型多模光纤用于短距离系统。 渐变型多模光纤适用于中等容量中等距离系统。 单模光纤用在大容量长距离的系统。 5.光缆 光缆的结构可分为缆芯、加强元件和护层三大部分 缆芯 是光缆结构中的主体， 其作用主要是妥善地安置光纤的位置， 使光纤在各种外力影响下仍能保持优良的传输性能 多芯光缆还要对光纤进行着色以便于识别 为防止气体和水分子浸入， 光纤中应具有各种防潮层并填充油膏 加强元件 有两种结构方式，一种是放在光缆中心的中心加强方式， 另一种是放在护层中的外层加强方式 对加强元件的要求是具有高杨氏模量，高弹性范围，低线膨胀系数，优良的抗腐蚀性和一定的柔软性 加强件一般采用钢丝，钢绞线或钢管等，而在强电磁干扰环境和雷区中则应使用高强度的非金属材料玻璃丝和凯夫拉尔纤维(Kevla